第3章 第2讲 牛顿第二定律的应用-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（人教版2019）

第2讲　牛顿第二定律的应用 第三章　运动和力的关系 基础知识 自主梳理 核心知识 典例研析 分层训练 巩固提高 考点一　动力学的两类基本问题 考点二　动力学中的图像问题 内容索引 基础知识 自主梳理 一 3 一、动力学的两类基本问题 1．动力学的两类基本问题 第一类：已知物体的受力情况求____________； 第二类：已知物体的运动情况求____________。 运动情况 受力情况 2．解决两类基本问题的方法 以________为“桥梁”，由运动学公式和________________列方程求解，具体逻辑关系如图： 加速度 牛顿第二定律 二、动力学中的图像问题 1．常见图像 v-t图像、a-t图像、F-t图像、F-a图像等。 2．解题策略 (1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物 理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。 (2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。 (3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情景结合起来，应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。 二 核心知识 典例研析 8 考点一　动力学的两类基本问题 能力考点 1．动力学问题的解题思路 2．解题关键 (1)两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析。 (2)两个桥梁——加速度是联系运动和力的桥梁；速度是各物理过程间相互联系的桥梁。 考向1　已知物体受力，分析物体运动情况 [典例1]　(2023·浙江金华二模)风洞是空气动力学研 究和实验中广泛使用的工具。某研究小组设计了一 个总高度H0＝24 m的低速风洞，用来研究某物体在 竖直方向上的运动特性。如图所示，风洞分成一个 高度为H1＝16 m的无风区和一个受风区。某物体质 量m＝10 kg，在无风区中受到空气的恒定阻力，大 小为20 N，在受风区受到空气对它竖直向上的恒定作用力。某次实验时该物体从风洞顶端由静止释放，且运动到风洞底端时速度恰好为0，求在本次实验中：(g取10 m/s2) (1)该物体的最大速度； [答案]　(1)16 m/s (1)在无风区对该物体由牛顿第二定律得 mg－f＝ma1 解得a1＝8 m/s2 物体在无风区做匀加速直线运动，有 vmax2＝2a1H1 解得最大速度为 vmax＝16 m/s。 (2)该物体在受风区受到空气对它的作用力大小； [答案] (2)260 N (2)物体在受风区向下运动时做匀减速直线运动，则有 vmax2＝2a2(H0－H1) 解得a2＝16 m/s2 由牛顿第二定律得 F－mg＝ma2 解得恒力为 F＝260 N。 (3)该物体第一次从风洞底端上升的最大距离。 (1)构件加速下滑时，其中一根细杆对构件的弹力与构件重力的比值； (2)细杆与构件间的动摩擦因数μ(结果可带根号)。 1．(2022·浙江1月卷)第24届冬奥会在我国举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图所示，长12 m的水平直道AB与长20 m的倾斜直道BC在B点平滑连接，斜道与水平面的夹角为15°。运动员从A点由静止出发，推着雪车匀加速到B点时速度大小为8 m/s，紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑(如图所示)，到C点共用时5.0 s。若雪车(包括运动员)可视为质点，始终在冰面上运动，其总质量为110 kg，g取10 m/s2，sin 15°＝0.26，求雪车(包括运动员)： (1)在直道AB上的加速度大小； (2)过C点的速度大小； 答案：(2)12 m/s (3)在斜道BC上运动时受到的阻力大小。 答案：(3)66 N (3)设雪车在BC上运动时受到的阻力大小为f，根据牛顿第二定律有 mgsin 15°－f＝ma1 代入数据解得f＝66 N。 考点二　动力学中的图像问题 能力考点 常见动力学图像及应用方法 v-t图像 根据图像的斜率判断加速度的大小和方向，进而根据牛顿第二定律求解合外力 F-a图像 首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推导出F、a两个量间的函数关系式，根据函数关系式结合图像，明确图像的斜率、截距或面积的意义，从而由图像给出的信息求出未知量 a-t图像 要注意加速度的正、负，正确分析每一段的运动情况，然后结合物体受力情况根据牛顿第二定律列方程 F-t图像 要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律求出加速度，分析每一时间段的运动性质 [典例3]　(2023·广东大湾二模)如图甲所示 为丽江古城古老的住宅楼和万古楼，万古 楼的“飞檐”屋顶是中国传统建筑的重要 表现之一。现把住宅楼和万古楼的屋顶分别看成平直轨道ABC及弯曲轨道ADC，如图乙所示。一颗松果(可看成质点)从A点由静止开始分别沿两轨道滑到C点，不计阻力，下列v-t图像可能正确的是(　　) C 松果沿平直轨道ABC做匀加速直线运动，沿弯曲轨道ADC运动过程中，加速度逐渐减小，且先大于匀加速运动加速度，后小于匀加速运动加速度。由v-t图像斜率等于加速度可知C选项正确。 [典例4]　如图甲所示，倾角α＝37°的斜面体固定在水平面上，一质量为m＝1 kg的滑块放在斜面上，滑块与斜面体之间的动摩擦因数μ＝0.5。t＝0时刻在滑块上施加一平行斜面向上的外力F使其由静止开始运动，滑块的加速度随时间的变化规律如图乙所示。取沿斜面向上的方向为正，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g取10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A．0～1 s内外力与3～4 s内外力大小之比为1∶1 B．2 s末滑块速度的大小为6 m/s C．1 s末与3 s末滑块的速度等大反向 D．滑块4 s末运动到最高点 D 由题图乙知，在0～1 s时间内，滑块加速度恒定为2 m/s2，做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得F1－mg sin α－μmg cos α＝ma1，解得F1＝12 N，在3～4 s时间内，滑块的加速度沿斜面向下，大小恒为2 m/s2，做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得mg sin α＋μmg cos α－F2＝ma2，解得F2＝8 N，则0～1 s内外力与3～4 s内外力大小之比为3∶2，故A错误；a-t图像中图线与坐标轴围成的面积表示速度的变化量，因此由 2.(多选)(2023·全国甲卷)用水平拉力使质量分别为m甲、m乙的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为μ甲和μ乙。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知(　　) A．m甲<m乙　　　　 B．m甲>m乙 C．μ甲<μ乙 D．μ甲>μ乙 BC 3．(多选)(2021·全国乙卷)水平地面上有 一质量为m1的长木板，木板的左端上有 一质量为m2的物块，如图(a)所示。用水 平向右的拉力F作用在物块上，F随时间 t的变化关系如图(b)所示，其中F1、F2 分别为t1、t2时刻F的大小。木板的加速 度a1随时间t的变化关系如图(c)所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1，物块与木板间的动摩擦因数为μ2。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g，则(　　) 答案：BCD 4．(2023·河北唐山四模)某同学用如图甲所示的装置测定木块与木板之间的动摩擦因数。给位于斜面底端的木块一个初速度v0＝4 m/s，木块沿倾角为θ＝37°的斜面上滑，到达最高点后紧接着下滑至出发点。实验中用测速仪采集木块滑动过程中的速度，用电脑软件绘制v-t图像，由于设备故障电脑只绘出了木块从开始上滑至最高点的v-t图线，如图乙所示。g取10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A.木块上滑过程中的加速度大小为4 m/s2 B．木块与斜面间的动摩擦因数为0.5 C．木块下滑过程中的加速度大小为4 m/s2 D．木块回到出发点时的速度大小为2 m/s C 三 分层训练 巩固提高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 【A级　夯实基础】 1．(2023·全国乙卷)一同学将排球自O点垫起，排球竖直向上运动，随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比，则该排球(　　) A．上升时间等于下落时间 B．被垫起后瞬间的速度最大 C．达到最高点时加速度为零 D．下落过程中做匀加速运动 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2．(2024·广东广州模拟)如图，篮球从某一高度自由落下，与地面反复碰撞，最后停在地面上。空气阻力不计，下列图像能大致反映该过程篮球的加速度随时间变化关系的是(　　) B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 篮球自由落下到与地面接触前，只受重力作用，加速度 不变，以向下为正方向，加速度为正值，图线为平行于 t轴的线段。篮球与地面接触到反弹离开地面的过程中， 受到的地面向上的弹力先从零开始逐渐增大，篮球所受 的合力ma1＝mg－FN，开始阶段地面弹力FN小于重力， 合力向下，篮球向下继续挤压，FN增大，合力逐渐减小，加速度逐渐减小，篮球这一阶段向下做加速度(向下，为正)减小的加速运动；弹力FN增大到超过重力大小时，合力向上，其大小为ma2＝FN－mg，随着FN增大，加速度a逐渐增大，方向向上，篮球向下做加速度(向上，为负)增大的减速运动直至速度为零。篮球开始向上运动(离开地面前)的过程是篮球向下挤压地面过程的逆过程，加速度变化特点是：向上(为负)减小，再向下(为正)增大。故B符合题意，A、C、D不符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 3．(2023·广东东莞一模)无人驾驶汽车从发现紧急情况到开始刹车的时间为反应时间，已知反应时间为0.2 s。某无人驾驶汽车以30 m/s的速度在干燥路面上行驶，从发现紧急情况到刹车停下来要运动96 m，则车轮与路面间的动摩擦因数为(g取10 m/s2)(　　) A．0.05　　　　　　　 B．0.468 C．0.5 D．0.6 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 4．(2023·江苏徐州检测)如图甲，轻弹簧竖直固定在水平面上。t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙(忽略一切阻力)，则(　　) A．t1时刻小球速度最大 B．t2时刻小球处于失重状态 C．t2～t3这段时间内，小球的加速度先增大后减小 D．t2～t3这段时间内，小球的速度先增大后减小 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 小球先自由下落，与弹簧接触后，弹簧 被压缩。在下降的过程中，弹力不断变 大，当弹力小于重力时，小球加速下降， 合力变小，加速度变小，故小球做加速 度减小的加速运动；当加速度减为零时， 速度达到最大；之后小球继续下降，弹力大于重力，合力变为向上且不断变大，加速度向上且不断变大，故小球做加速度不断增大的减速运动。上升过程，小球先做加速度不断减小的加速运动，当加速度减为零时，速度达到最大，之后做加速度不断增大的减速运动，直到小球离开弹簧为止。所以小球速率最大的时刻出现在t1至t2时间内，故A错误；由分析可知，t2时刻小球速度为零，加速度向上，处于超重状态，故B错误；t2至t3时间内，小球处于上升过程，先做加速度不断减小的加速运动，当加速度减为零时，速度达到最大，之后做加速度不断增大的减速运动，直到小球离开弹簧为止，故C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5．(多选)(2023·山东烟台期末)如图甲所示，一个质量为2 kg的物体在水平力F作用下由静止开始沿粗糙水平面做直线运动。t＝1 s时撤去外力，物体的加速度a随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　 ) A．F的大小为8 N B．0～1 s和1～3 s内物体加速度的方向相反 C．t＝3 s时，物体离出发位置最远 D．3 s末物体的速度为0 BCD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 6．(2022·辽宁卷)如图所示，一小物块从长1 m的水平桌面一端以初速度v0沿中线滑向另一端，经过1 s从另一端滑落。物块与桌面间动摩擦因数为μ，g取10 m/s2。下列v0、μ值可能正确的是(　　) A．v0＝2.5 m/s B．v0＝1.5 m/s C．μ＝0.28 D．μ＝0.25 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 由题干知v2>0， 整理有 v02＋2ax>0 由v0<2 m/s可得 μ<0.2 故C、D不可能。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 7．公共汽车进站时，刹车过程的加速度—时间图像如图所示。若它在6 s时恰好停在站台处，已知汽车质量约为5 000 kg，重力加速度g取10 m/s2，则汽车在(　　) A．0到6 s内的位移约等于30 m B．0时刻的速度约为28 km/h C．4 s时的加速度约为0.5 m/s2 D．4 s时受到外力的合力约为2 500 N B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A．飞机在电磁弹射区运动的加速度大小a1＝5.0 m/s2 B．飞机在电磁弹射区的末速度大小v1＝20 m/s C．电磁弹射器对飞机的牵引力F牵的大小为2×104 N D．电磁弹射器在弹射过程中的功率是不变的 答案：AC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 9．(多选)如图甲所示，在光滑水平面上叠放着A、B两物体。现对A施加水平向右的拉力F，通过传感器可测得A的加速度a随拉力F变化的关系如图乙所示。已知重力加速度g取10 m/s2，则下列说法正确的是(　 　) A．A的质量mA＝2 kg B．A的质量mA＝6 kg C．A、B间的动摩擦因数μ＝0.6 D．A、B间的动摩擦因数μ＝0.2 BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 10．(2023·广东大湾一模)水面救生无人船已经成为水面救援的重要科技装备。在某次测试中，一质量为20 kg的无人船在平静水面上沿直线直奔目标地点。无人船先从静止出发，做匀加速运动10 s后达到最大速度4 m/s，接着立即做匀减速运动，匀减速运动了16 m的距离后速度变为零。已知无人船运行过程中受到水的阻力恒定且大小为4 N，不计空气阻力，g取10 m/s2。求： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (1)在匀加速过程中，无人船发动机提供的动力的大小F1； 答案：(1)12 N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (2)在匀减速过程中，无人船发动机提供的阻力的大小F2； 答案：(2)6 N　 (2)匀减速阶段有0－vm2＝－2a2x2 解得a2＝0.5 m/s2 由牛顿第二定律得F2＋f＝ma2 解得F2＝6 N。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (3)无人船在上述测试中，运动的总时间t及总位移大小x。 答案：(3)18 s　36 m $$